NSR:唐本忠等团队合作开发新的纳米颗粒,用于肾移植全过程监测和评估

2023-11-14 iNature iNature 发表于上海

该研究报道了一种基于明亮、光稳定、长循环AIE活性NIR-II纳米造影剂DIPT-ICF NPs的荧光技术,用于肾移植的全过程监测和评价。

肾移植是治疗终末期肾病(ESRDs)的金标准。然而,供体肾脏的稀缺导致越来越多的ESRD患者被困在等待移植手术的名单上。提高移植肾的存活率是解决供体肾短缺的另一种方法。因此,手术过程的实时监测对肾移植的成功至关重要,但缺乏有效的方法和技术。

2023年11月8日,香港中文大学唐本忠、赵征、苏州大学Zhang Weijie共同通讯在National Science Review(IF=21)在线发表题为“Bright, photostable, and long-circulating NIR-II nanoparticles for whole-process monitoring and evaluation of renal transplantation”的研究论文,该研究报道了一种基于明亮、光稳定、长循环AIE活性NIR-II纳米造影剂DIPT-ICF NPs的荧光技术,用于肾移植的全过程监测和评价。

在聚合态下,与工业染料IR-26和IR-1061相比,DIPT-ICF表现出优越的光物理性能。此外,AIE纳米造影剂的长循环特性有助于在肾摘取手术中实现肾血管造影、评价供肾质量、诊断血管和输尿管并发症、评估肾血管重建后移植肾再灌注,大大优于临床认可的ICG。

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肾移植手术包括供体肾摘取(供体肾切除)、供体肾保存、血管和输尿管重建。其中,供体肾脏的质量直接影响移植的结果。此外,血管和输尿管膀胱连接的吻合也影响移植肾的再灌注和尿排泄,对肾移植手术的成功起着重要作用。

因此,在肾植入前、植入中、植入后对肾脏再灌注和尿液排泄进行实时评估和监测,可以大大提高肾移植手术的成功率。传统上,血管吻合的通畅度是通过目测来确定的,评估动脉脉搏质量、静脉充盈、颜色和移植肾的充血程度。然而,这种方法严重依赖于外科医生的经验,往往导致错误的识别。

虽然多普勒超声、X线血管造影、CT、MR、放射性核素成像等成像技术可用于诊断手术并发症和评估移植肾再灌注,但这些方法大多在实时监测和追踪方面存在局限性。此外,它们还可能遭受诸如放射性暴露、高成本和繁琐程序等缺点。在这些方面,荧光成像技术已经成为原位和实时监测各种诊断或治疗过程的理想方法,如肿瘤手术中的癌症成像、血管造影和输尿管术中识别。因此,利用荧光成像技术评估供肾再灌注,监测血管和输尿管膀胱连接的吻合情况,是提高肾移植手术成功率的可行途径。

成像技术强烈依赖于成像造影剂。特别是在第二近红外区(NIR-II, 1000-1700 nm)具有吸收和发射特性的有机发光物质,由于其优异的生物相容性、较深的穿透深度和较高的成像对比度,是非常理想的造影剂。尽管有机NIR-II发光剂作为荧光造影剂得到了广泛的应用,但常用的商用成像造影剂,如IR-26、IR-1061和ICG,都面临着浓度猝灭的挑战。这种效应限制了它们在低浓度下的效用,因为高浓度会导致排放减少甚至猝灭。

因此,低浓度给药、较差的光稳定性和快速的肝胆清除率显著缩短了ICG的最佳成像窗口(小于5分钟)。成像时间不足以指导肾移植手术,通常为3.5 ~ 5.0小时。然而,分子造影剂的循环时间和光稳定性可以通过制备纳米聚集体来提高,这在很大程度上牺牲了传统平面发光剂(包括ICG)的亮度,限制了它们在长时间手术指导和监测中的应用。因此,高亮度、长循环时间、高聚集体光稳定性的NIR-II发光物质是非常理想的。

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用于肾移植全过程监测的NIR-II纳米造影剂(DIPT-ICF NPs)的研制(图源自National Science Review 

聚集诱导发射(AIE)发光材料是一种独特的发光材料,在聚集态下具有增强的光致发光量子效率和光稳定性。这些特性使它们成为制备具有高亮度和光稳定性的NIR-II发射纳米造影剂的理想候选物。值得注意的是,发光材料的亮度主要取决于分子吸收率和光致发光量子产率(PLQY)的产生。目前的AIEgens分子设计通常涉及引入高度扭曲的分子转子,以防止强分子间相互作用引起的发光猝灭。遗憾的是,这种策略通常会导致相对较低的摩尔吸收率。因此,设计具有高摩尔吸收率和高PLQY的AIE发光光源仍然是一个重大挑战。

该研究设计并合成了具有刚性和平面共轭结构的双膨胀分子DIPT-IC和DIPT-ICF。结果表明,与DIPT-IC相比,DIPT-ICF具有更长的吸收和发射波长,以及更好的AIE性能,具有更高的摩尔吸收率(摩尔消光系数,MEC)和更高的PLQYs。与IR-26和IR-1061等商业染料相比,这些特性使它们在聚集体中具有较高的亮度。鉴于此,制备了水分散的DIPT-ICF纳米颗粒,并将其应用于肾移植全过程的监测和评价。研究结果表明,单剂量的DIPT-ICF纳米造影剂(DIPT-ICF NPs)可以通过发光清晰地监测整个手术过程,优于临床批准的造影剂ICG。该研究强调了使用NIR-II造影剂的荧光成像技术在监测整个器官移植手术过程和诊断潜在手术并发症方面的潜力。该技术可作为移植外科医生的可靠工具,从而提高器官移植的成功率。

原文链接:

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad286

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